压力容器焊接常见缺陷的产生和防治措施

摘要：压力容器焊接质量是保证压力容器安全运行的关键。本文介绍了压力容器焊接中几种常见缺陷并提出预防措施。

关键词：压力容器；焊接；缺陷；预防措施

压力容器是工业生产过程中不可缺少的一种重要设备，它广泛应用于石油化工、科研、国防、医疗卫生和文教体育等各部门。压力容器具有数量多，类型复杂等特点。压力容器不仅要承受罐内介质的贮存压力，而且还要常常受到容器内介质的影响，稍有不慎，极易发生安全事故。为此，压力容器的焊接质量成为压力容器制造过程中的一个重要环节，是保证压力容器安全运行的重要条件。把压力容器的焊接缺陷控制在一定标准范围内，对确保压力容器的安全运行和保障人民生命财产安全、加快现代化建设具有十分重要的意义。

1 压力容器内外表面宏观及几何缺陷主要有：

1．1 错边和角变形

错边是指两个焊接工件在厚度方向上错开一定位置。错边和角变形属于几何缺陷，通常是在组装时产生的。压力容器的错边和角变形常常会引起应力集中，严重时会造成压力容器的使用安全。

1．2 咬边

咬边是指沿着焊趾，在母材部分形成的凹陷或沟槽。产生咬边的原因主要有焊接电流过大、运条速度快、电弧拉得太长或焊接时焊条使用的角度不当等。同时，如果埋弧焊的焊接速度过快或焊机轨道不平，也会造成焊件被熔化从而去掉一定深度，当填充金属未能及时填满时也会造成焊缝咬边。焊缝咬边减小了母材接头的工作面，从而在咬边处造成应力集中会引发压力容器事故发生。用标准抗拉强度下限值大于540MPa的钢材及Cr-Mo低合金钢材和不锈钢材制造的容器以及焊接接头系数取为1的容器，其焊缝表面不得有咬边。其他容器焊缝表面的咬边深度不得大于O.5mm，咬边连续长度不得大于100mm，焊缝两侧咬边的总长不得超过该焊缝长度的10％。

2 常见压力容器焊缝内的缺陷主要有

2．1气孔

气孔是指在焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而形成的空穴。焊接时产生气孔的原因主要有：坡口边缘不清洁，如有水份、油污或锈迹等；焊条或焊剂未按焊接规定进行焙烘、焊芯锈蚀或药皮变质、剥落等。此外，低氢型焊条焊接时，电弧过长、焊接速度过快、焊条摆动时在坡口边缘停留的时间较短、埋弧自动焊的焊接电压过高等，都容易在焊接过程中产生气孔。由于气孔的存在，使焊缝的有效截面减小，过大的气孔还会降低焊缝的焊接强度，破坏焊缝金属的致密性。

2．2夹渣

夹渣就是残留焊缝中的熔渣。压力容器的焊接夹渣也会降低压力容器焊缝的强度和致密性。产生焊接夹渣的主要不得原因是焊缝边缘有氧割或碳弧气刨残留的熔渣；坡口角度或焊接电流太小，或焊接速度过快。此外，在使用酸性焊条焊接时，通常由于电流太小或运条不当也会形成“糊渣”;在使用碱性焊条时，由于电弧过长或极性不正确也会造成焊接夹渣；在埋弧焊封底时，若焊丝偏离焊缝中心，也易造成焊接夹渣。

2．3未焊透、未熔合

焊接时，接头根部未完全熔透的现象，称为未焊透；在焊件与焊缝金属或焊缝层间有局部未熔透现象，称为未熔合。未焊透或未熔合是一种比较严重的焊接缺陷，由于未焊透或未熔合，焊缝常常会出现间断或突变，使焊缝的焊接强度大降低，也容易产生裂纹，从而发生安全事故。未焊透和未熔合的产生原因主要是焊件装配间隙或坡口角度太小、焊条直径太大、电流过小、钝边太厚、焊接速度太快或焊接电弧过长等。如果焊件坡口表面氧化膜、油污等没有及时清理干净，或在焊接时该处流入熔渣妨碍了金属之间的熔合以及焊条运条手法不当都会造成未焊透或未熔合现象。

2．4焊接裂纹

焊接裂纹是一种非常严重的焊接缺陷。容器结构的破坏绝大多数都是从裂纹处开始的，压力容器在焊接过程中一定要采取一切措施防止出现焊接裂纹，在焊接后也要采用各种方法检查有无焊接裂纹。如果发现焊接裂纹，必须要彻底清除，并及时给予修补，避免发生安全事故。焊接裂纹能常有热裂纹和冷裂纹两种。焊缝金属由液态到固态的结晶过程中产生的裂纹称为热裂纹，其特征是焊后立即可见，多发生在焊缝中心附近，沿焊缝长度方向分布。热裂纹的裂口多贯穿表面，呈氧化色彩，裂纹未端略呈圆形。产生热裂纹的主要原因是焊接熔池中存有低熔点的杂质如FeS等。因为这些杂质的熔点低，结晶凝固晚，所以凝固后的塑性和强度也较低。因此，在外界结构拘束应力足够大和焊缝金属的凝固收缩作用下，熔池中这些低熔点的杂质在凝固过程中被拉开，或在凝固后不久被拉开，容易造成晶间开裂，此外，焊件及焊条内的硫、铜等杂质较多时，也容易产生热裂纹。

3 压力容器焊接缺陷的一般处理方法：

3．1错边的角变形

错边和角变形通常会引起几何应力集中，产生附加弯曲应力。错边和角变形在大型压力容器的组装中常常很难避免，一旦压力容器出现了错边和角变形现象，要想完全消除也是十分困难的。正确处理方法是要严格执行压力容器制造标准，把焊接缺陷限制在条件允许的范围之内。

3．2气孔和夹渣

气孔和夹渣缺陷属深埋缺陷，严重的必须要做消除处理。如果经压力容器的检查表明气孔和夹渣没有扩展迹象，在使用中变化不大、危害不大的气孔和夹渣也可以不用消除，预防主产生焊接气孔的办法是：选择合适的焊接电流和焊接速度；认真清理坡口边缘的水份、油污和锈迹；严格按照规定保管、清理和焙烘焊接材料；不用变质焊条；当发现焊条药皮变质、剥落中焊芯锈蚀时，应严格控制使用范围。埋弧焊时应选用合适的焊接工艺参数，特别是薄板自动焊，焊接速度要尽可能减少些。防止产生焊接夹渣的正确方法是：选取合适的坡口尺寸、要认真清理电流和焊接速度、运条摆动要适当。多层焊时，还要仔细观察焊接坡口两侧的熔化情况，第一焊层都要认真进行焊渣清理。封底焊渣一定要彻底清除，埋弧焊时应注意防止焊偏。

3．3未焊透和未熔合

未焊透通常发生在手工焊和自动焊的交界面处，主要是要确定其允许缺陷尺寸，如果缺陷尺寸允许可以不返航。未熔合通常出现在焊缝的金属与坡口的交界面上，正确的处理方法是采取补焊处理。防止出现未焊透或未熔合的方法是正确选取坡口尺寸、合理选用焊接电流和焊接速度、坡口表面氧化皮和油污要清理干净、封底焊清根要彻底、运条摆动要适当，同时还要密切注意焊接坡口两侧的熔合情况。

3．4裂纹

裂纹是压力容器危害性较大的缺陷之一。由于焊接裂纹成因复杂，形态各异、极易扩展，有很多不可预见的因素，因此必须要高度重视焊接裂纹的处理。防止产生裂纹的主要措施是：严格控制焊接工艺参数、减慢冷速度、适当提高焊缝形状系数、尽可能采用小电流多层多道焊，以避免焊缝中心产生裂纹；同时要认真执行焊接工艺规程，选取合理的焊接工艺程序，以防止焊接裂纹的产生。

造成压力容器焊接缺陷的原因有很多，因此对压力容器焊接缺陷的处理要从实际情况出发，理论联系实际，认真分析和总结压力容器事故发生的原因和规律，以确保压力容器的安全运行。